JPH06268237A - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
- Publication number
- JPH06268237A JPH06268237A JP4896693A JP4896693A JPH06268237A JP H06268237 A JPH06268237 A JP H06268237A JP 4896693 A JP4896693 A JP 4896693A JP 4896693 A JP4896693 A JP 4896693A JP H06268237 A JPH06268237 A JP H06268237A
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- JP
- Japan
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- self
- overlap
- electrode
- sensor
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 Ｓｉ＜１００＞面をＥＣＥによって重り部３
とそれを支持する梁部２を形成し、それらを囲む支持部
１を持つ半導体加速度センサ基板であり、梁２の上部に
はピエゾ抵抗６が形成されている。支持部１と重り部３
の下部にはＳｉ台座５が接着されており、Ｓｉ台座５に
はエッチングによって同じ深さの凹部８，１４が形成さ
れている。凹部８，１４の内には蒸着・パターニングに
よって金属電極１３，１５が形成されている。 【効果】 半導体加速度センサ個々のギャップ長のばら
つきに影響されず、自己励振力を正確に印加でき、かつ
自動的に励振力を決定できる。
とそれを支持する梁部２を形成し、それらを囲む支持部
１を持つ半導体加速度センサ基板であり、梁２の上部に
はピエゾ抵抗６が形成されている。支持部１と重り部３
の下部にはＳｉ台座５が接着されており、Ｓｉ台座５に
はエッチングによって同じ深さの凹部８，１４が形成さ
れている。凹部８，１４の内には蒸着・パターニングに
よって金属電極１３，１５が形成されている。 【効果】 半導体加速度センサ個々のギャップ長のばら
つきに影響されず、自己励振力を正確に印加でき、かつ
自動的に励振力を決定できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、静電駆動形の自己診
断機能を有する半導体加速度センサに関する。
断機能を有する半導体加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体加速度センサを、図４を用
いて説明する。同図に示す半導体加速度センサは、静電
駆動形の自己診断機能を有する両持ち梁式半導体加速度
センサの断面図であり、Stephen C.Terry,Diederik W.d
e Bruin,Henry V.Allen,"Self-testable Accelerometer
Microsystem",Micro System Technologies '90,Berli
n,Germany,pp.611-616(1990) に詳細に述べられてい
る。
いて説明する。同図に示す半導体加速度センサは、静電
駆動形の自己診断機能を有する両持ち梁式半導体加速度
センサの断面図であり、Stephen C.Terry,Diederik W.d
e Bruin,Henry V.Allen,"Self-testable Accelerometer
Microsystem",Micro System Technologies '90,Berli
n,Germany,pp.611-616(1990) に詳細に述べられてい
る。
【０００３】図４において、１はセンサチップのシリコ
ン基板であり、裏面からの異方性エッチングにより肉薄
の梁２が形成されており、これが中央の重り部３を両側
から指示するいわゆる両持ち梁構造となっている。この
シリコン基板１の上面には、凹部７を有するシリコンの
キャップ４が、下面には凹部８を有するシリコンの台座
５が合金接合などで接着されており、加速度に応じて重
り部３が上下に変位でき、かつその変位が凹部７，８中
の突起部９，１０によって制限され、過大加速度印加時
の梁の破損を防止する構造となっている。
ン基板であり、裏面からの異方性エッチングにより肉薄
の梁２が形成されており、これが中央の重り部３を両側
から指示するいわゆる両持ち梁構造となっている。この
シリコン基板１の上面には、凹部７を有するシリコンの
キャップ４が、下面には凹部８を有するシリコンの台座
５が合金接合などで接着されており、加速度に応じて重
り部３が上下に変位でき、かつその変位が凹部７，８中
の突起部９，１０によって制限され、過大加速度印加時
の梁の破損を防止する構造となっている。
【０００４】梁２の表面にはピエゾ抵抗６が形成されて
おり、加速度印加によって重り部３が変位し、梁の表面
に応力が生じるとその抵抗値が変化して加速度を検出で
きるようになっている。ここでは、ピエゾ抵抗６が梁の
指示部側と重り部側に形成されており、応力が逆極性と
なることを利用してフルブリッジ（図示せず）を構成し
ている。
おり、加速度印加によって重り部３が変位し、梁の表面
に応力が生じるとその抵抗値が変化して加速度を検出で
きるようになっている。ここでは、ピエゾ抵抗６が梁の
指示部側と重り部側に形成されており、応力が逆極性と
なることを利用してフルブリッジ（図示せず）を構成し
ている。
【０００５】キャップ４および台座５によって形成され
た狭いギャップは、重り部３のストッパとして機能する
ばかりでなく、梁の共振を抑制するエアダンピングを可
能としている。
た狭いギャップは、重り部３のストッパとして機能する
ばかりでなく、梁の共振を抑制するエアダンピングを可
能としている。
【０００６】重り部３の上には自己診断用の金属電極１
１が形成されており、上側のキャップ４と狭いギャップ
を挟んで対向している。キャップ４の凹部にも金属電極
（図示せず）が形成されており、この電極は接着部にお
いて、シリコン基板１上の金属電極（図示せず）と電気
接続されてボンディングパッド１２に引き出されてい
る。
１が形成されており、上側のキャップ４と狭いギャップ
を挟んで対向している。キャップ４の凹部にも金属電極
（図示せず）が形成されており、この電極は接着部にお
いて、シリコン基板１上の金属電極（図示せず）と電気
接続されてボンディングパッド１２に引き出されてい
る。
【０００７】この上側キャップ４の電極と重り部３上の
電極１１の間に電圧を印加すると静電力によって重り部
３は上側に変位し、加速度を印加した時と同様な応力を
梁に発生させることができる。この時の出力をチェック
することにより、センサの検出機能を確認する、いわゆ
る自己診断が可能となる。
電極１１の間に電圧を印加すると静電力によって重り部
３は上側に変位し、加速度を印加した時と同様な応力を
梁に発生させることができる。この時の出力をチェック
することにより、センサの検出機能を確認する、いわゆ
る自己診断が可能となる。
【０００８】ここで、静電駆動による励振力Ｆは、次式
のようになる。 Ｆ＝εＳ（Ｖ／ｄ）2 ／２ ε：誘電率、Ｓ：面積、ｄ：ギャップ長 このため、励振力Ｆを得るために電極間に印加する電圧
は、以下のようになる。 Ｖ＝ｄ（２Ｆ／εＳ）1/2 …（１）
のようになる。 Ｆ＝εＳ（Ｖ／ｄ）2 ／２ ε：誘電率、Ｓ：面積、ｄ：ギャップ長 このため、励振力Ｆを得るために電極間に印加する電圧
は、以下のようになる。 Ｖ＝ｄ（２Ｆ／εＳ）1/2 …（１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の半導体加速度センサにおける静電駆動形の自
己診断では、自己励振力Ｆを得るために面積Ｓ、ギャッ
プ長ｄの空隙にＶ＝ｄ（２Ｆ／εＳ）1/2 なる電圧Ｖを
印加する構成であったため、ギャップ長ｄの管理が難し
く、センサ個々にｄのばらつきが起こることにより、自
己励振力Ｆを正確に印加することが困難であるという問
題があった。
うな従来の半導体加速度センサにおける静電駆動形の自
己診断では、自己励振力Ｆを得るために面積Ｓ、ギャッ
プ長ｄの空隙にＶ＝ｄ（２Ｆ／εＳ）1/2 なる電圧Ｖを
印加する構成であったため、ギャップ長ｄの管理が難し
く、センサ個々にｄのばらつきが起こることにより、自
己励振力Ｆを正確に印加することが困難であるという問
題があった。
【００１０】そこでこの発明は、このような従来の事情
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、センサ個々にギャップ長のばらつきがあっても、自
己励振力を正確に印加することができる半導体加速度セ
ンサを提供することにある。
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、センサ個々にギャップ長のばらつきがあっても、自
己励振力を正確に印加することができる半導体加速度セ
ンサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、この発明は、半導体基板から形成された重り部と、
該重り部を取り囲む支持部と、前記重り部を前記支持部
に接続する単数もしくは複数の肉薄な梁部と、前記支持
部下面に接着され、前記重り部下方及び前記支持部下方
に等深の溝を有する台座と、前記支持部下方の溝は静電
容量モニタ用の溝であり、該静電容量モニタ用の溝の静
電容量を測定する検出手段と、該検出手段の出力から静
電駆動電圧を求める演算手段と、該演算手段で求められ
た電圧値を発生して静電駆動を行う駆動手段とからな
り、前記重り部の表面に対して垂直方向の加速度に対し
て前記梁部がたわみ、該梁部上に形成されたピエゾ抵抗
の抵抗値変化によって加速度を検出可能であり、前記重
り部と重り部下方の溝上に形成された電極間に電圧を印
加することによって自己診断を行うことを特徴としてい
る。
め、この発明は、半導体基板から形成された重り部と、
該重り部を取り囲む支持部と、前記重り部を前記支持部
に接続する単数もしくは複数の肉薄な梁部と、前記支持
部下面に接着され、前記重り部下方及び前記支持部下方
に等深の溝を有する台座と、前記支持部下方の溝は静電
容量モニタ用の溝であり、該静電容量モニタ用の溝の静
電容量を測定する検出手段と、該検出手段の出力から静
電駆動電圧を求める演算手段と、該演算手段で求められ
た電圧値を発生して静電駆動を行う駆動手段とからな
り、前記重り部の表面に対して垂直方向の加速度に対し
て前記梁部がたわみ、該梁部上に形成されたピエゾ抵抗
の抵抗値変化によって加速度を検出可能であり、前記重
り部と重り部下方の溝上に形成された電極間に電圧を印
加することによって自己診断を行うことを特徴としてい
る。
【００１２】
【作用】上記構成において、この発明は、静電容量モニ
タをセンサに設けて静電容量を検出し、演算処理によっ
てドライバを駆動するようにしたので、センサ個々のギ
ャップ長のばらつきに影響されず、自己励振力を正確に
印加することができる。
タをセンサに設けて静電容量を検出し、演算処理によっ
てドライバを駆動するようにしたので、センサ個々のギ
ャップ長のばらつきに影響されず、自己励振力を正確に
印加することができる。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照にしながらこの発明の実施
例を説明する。図１は、この発明のに係わる一実施例の
構成を示す断面図である。
例を説明する。図１は、この発明のに係わる一実施例の
構成を示す断面図である。
【００１４】図１において、この半導体加速度センサ
は、Ｓｉ＜１００＞面をＥＣＥ（エレクトロ ケミカル
エッチング）によって重り部３とそれを支持する梁部
２を形成し、それらを囲むような形状の支持部１を持つ
半導体加速度センサ基板であり、梁２の上部にはピエゾ
抵抗６が形成されている。
は、Ｓｉ＜１００＞面をＥＣＥ（エレクトロ ケミカル
エッチング）によって重り部３とそれを支持する梁部
２を形成し、それらを囲むような形状の支持部１を持つ
半導体加速度センサ基板であり、梁２の上部にはピエゾ
抵抗６が形成されている。
【００１５】この支持部１及び重り部３の下部にはＳｉ
台座５が接着されており、このＳｉ台座５にはエッチン
グによって同じ深さの凹部８，１４が形成されている。
この凹部８，１４の内には蒸着・パターニングによって
金属電極１３，１５が形成されている。
台座５が接着されており、このＳｉ台座５にはエッチン
グによって同じ深さの凹部８，１４が形成されている。
この凹部８，１４の内には蒸着・パターニングによって
金属電極１３，１５が形成されている。
【００１６】図２は、静電駆動回路の構成図である。凹
部１４はセンサＰ形基板の下面と電極１５によってコン
デンサを形成しており、これが静電容量モニタ１６であ
る。この容量モニタ１６には、容量検出回路１７が接続
され、その出力は演算回路１８に接続されている。演算
回路１８の出力はドライバ１９に接続され、そのドライ
バ１９の出力は電極１３と重り部３に接続されている。
部１４はセンサＰ形基板の下面と電極１５によってコン
デンサを形成しており、これが静電容量モニタ１６であ
る。この容量モニタ１６には、容量検出回路１７が接続
され、その出力は演算回路１８に接続されている。演算
回路１８の出力はドライバ１９に接続され、そのドライ
バ１９の出力は電極１３と重り部３に接続されている。
【００１７】次に、このように構成された半導体加速度
センサの作用を説明する。加速度センサ基板は基板面に
垂直方向の加速度が加わると、これに応じて重り部３が
変位し、梁部２がたわむ。この時、梁部２の表面には応
力が生じ、梁部２上に形成されたピエゾ抵抗６は、この
応力に応じてその抵抗値が変化する。
センサの作用を説明する。加速度センサ基板は基板面に
垂直方向の加速度が加わると、これに応じて重り部３が
変位し、梁部２がたわむ。この時、梁部２の表面には応
力が生じ、梁部２上に形成されたピエゾ抵抗６は、この
応力に応じてその抵抗値が変化する。
【００１８】梁部２上のピエゾ抵抗６によってフルブリ
ッジを構成し、このブリッジの抵抗値変化を測定するこ
とにより、加速度を検出することができる。センサ基板
はＰ形基板の表面にｎエピ層があり、ｎエピ層のＰ+ を
介してＰ形基板と電極１３の間に電圧を印加すると、重
り部３の下部と電極１３の間に静電力が発生し、重り部
３は下側に変位し、加速度を印加した時と同様の応力を
梁に発生させることができる。この時の出力をチェック
することにより、センサの検出機能の自己診断が可能で
ある。
ッジを構成し、このブリッジの抵抗値変化を測定するこ
とにより、加速度を検出することができる。センサ基板
はＰ形基板の表面にｎエピ層があり、ｎエピ層のＰ+ を
介してＰ形基板と電極１３の間に電圧を印加すると、重
り部３の下部と電極１３の間に静電力が発生し、重り部
３は下側に変位し、加速度を印加した時と同様の応力を
梁に発生させることができる。この時の出力をチェック
することにより、センサの検出機能の自己診断が可能で
ある。
【００１９】台座には静電容量モニタ用の凹部１４が形
成されており、電極１５と支持部１の下面とのギャップ
長は電極１３と重り部３の下面とのギャップ長に等しく
形成されている。また、重り部３の下部面積をＳ、電極
１５の面積をＳ´とし、Ｓ＝ｎＳ´の関係が成り立つと
すると、静電容量モニタの静電容量Ｃは次式となる。
成されており、電極１５と支持部１の下面とのギャップ
長は電極１３と重り部３の下面とのギャップ長に等しく
形成されている。また、重り部３の下部面積をＳ、電極
１５の面積をＳ´とし、Ｓ＝ｎＳ´の関係が成り立つと
すると、静電容量モニタの静電容量Ｃは次式となる。
【００２０】 Ｃ＝εＳ´／ｄ＝εＳ／ｎｄ …（２） この式（２）を前述した式（１）に代入すると次式が求
まる。
まる。
【００２１】 Ｖ＝（２εＳＦ）1/2 ／ｎＣ …（３） 従って、センサ基板のＰ形基板と電極１５間の静電容量
Ｃを測ることにより、式（３）から静電駆動電圧Ｖが決
定でき、ギャップ長のばらつきに影響されない。
Ｃを測ることにより、式（３）から静電駆動電圧Ｖが決
定でき、ギャップ長のばらつきに影響されない。
【００２２】また、式（３）は、 Ｖ＝ｋ／Ｃ （ｋ＝（２εＳＦ）1/2 ／ｎ …（４） として、ｋを定数とみなすことができるため、Ｃを検出
することによって静電駆動電圧を自動的に求めることが
可能である。
することによって静電駆動電圧を自動的に求めることが
可能である。
【００２３】図２の構成において、容量検出回路１７に
よって容量モニタ１６の容量を検出し、演算回路１８に
よって静電駆動電圧の値を求める。この値により、ドラ
イバ１９に静電駆動電圧を発生させ、電極１３と重り部
３のＰ形基板にこの電圧を供給する。
よって容量モニタ１６の容量を検出し、演算回路１８に
よって静電駆動電圧の値を求める。この値により、ドラ
イバ１９に静電駆動電圧を発生させ、電極１３と重り部
３のＰ形基板にこの電圧を供給する。
【００２４】この電圧が電極１３と重り部３の下面間に
印加され、自己励振が精度良く行える。また、自己診断
時の感度出力を元に、経時変化などの感度ずれを校正す
ることが可能である。
印加され、自己励振が精度良く行える。また、自己診断
時の感度出力を元に、経時変化などの感度ずれを校正す
ることが可能である。
【００２５】図３に、静電駆動回路の具体例を示す。こ
の図のように、静電駆動回路は、まず容量モニタ１６、
抵抗２０、及びシュミットトリガ２１から成る発振回路
を構成し、この先にワンショット回路２２、積分回路２
３、増幅回路２４を接続し、静電駆動電圧Ｖinを出力す
る。
の図のように、静電駆動回路は、まず容量モニタ１６、
抵抗２０、及びシュミットトリガ２１から成る発振回路
を構成し、この先にワンショット回路２２、積分回路２
３、増幅回路２４を接続し、静電駆動電圧Ｖinを出力す
る。
【００２６】容量モニタ１６、抵抗２０、及びシュミッ
トトリガ２１から成る発振回路は、ＣＲ結合によってｆ
＝ａ／（２πＣＲ）、（但し、ａは定数）なる発振を
し、シュミットトリガ２１によってステップパルス状の
クロック電圧を出力する。この出力をワンショット回路
２２に通した後、積分回路２３で積分することにより、
周波数ｆに比例する電圧Ｖd を得る。この電圧Ｖd はＣ
に逆比例するため、Ｖdを増幅することにより、静電駆
動電圧Ｖin＝ｋ／Ｃを得ることができる。
トトリガ２１から成る発振回路は、ＣＲ結合によってｆ
＝ａ／（２πＣＲ）、（但し、ａは定数）なる発振を
し、シュミットトリガ２１によってステップパルス状の
クロック電圧を出力する。この出力をワンショット回路
２２に通した後、積分回路２３で積分することにより、
周波数ｆに比例する電圧Ｖd を得る。この電圧Ｖd はＣ
に逆比例するため、Ｖdを増幅することにより、静電駆
動電圧Ｖin＝ｋ／Ｃを得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】このように、この発明によれば、静電駆
動自己診断機能として、センサに静電容量モニタを設け
て静電容量を検出し、その静電容量から演算処理によっ
てドライバの駆動電圧を決定するようにしたので、セン
サ個々のギャップ長のばらつきに影響されず、自己励振
力を正確に印加することができ、かつ自動的に励振力を
決定することができる。
動自己診断機能として、センサに静電容量モニタを設け
て静電容量を検出し、その静電容量から演算処理によっ
てドライバの駆動電圧を決定するようにしたので、セン
サ個々のギャップ長のばらつきに影響されず、自己励振
力を正確に印加することができ、かつ自動的に励振力を
決定することができる。
【図１】この発明の半導体加速度センサに係わる一実施
例の構成を示す断面図である。
例の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の半導体加速度センサに係わる一実施
例の静電駆動回路の構成図である。
例の静電駆動回路の構成図である。
【図３】図２で示した静電駆動回路の具体例である。
【図４】従来の半導体加速度センサの構成を示す断面図
である。
である。
１ 支持部 ２ 梁部 ３ 重り部 ４ シリコンキャップ ５ シリコン台座 ６ ピエゾ抵抗 ７，８ 凹部 ９，１０ 突起部 １１，１３ 金属電極 １２ ボンディングパット １４ 静電容量モニタ（凹部） １５ 静電容量モニタ（金属電極） １６ 静電容量モニタ １７ 容量検出回路 １８ 演算回路 １９ ドライバ回路 ２０ 抵抗 ２１ シュミットトリガ ２２ ワンショット回路 ２３ 積分回路 ２４ 増幅回路
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板から形成された重り部と、 該重り部を取り囲む支持部と、 前記重り部を前記支持部に接続する単数もしくは複数の
肉薄な梁部と、 前記支持部下面に接着され、前記重り部下方及び前記支
持部下方に等深の溝を有する台座と、 前記支持部下方の溝は静電容量モニタ用の溝であり、 該静電容量モニタ用の溝の静電容量を測定する検出手段
と、 該検出手段の出力から静電駆動電圧を求める演算手段
と、 該演算手段で求められた電圧値を発生して静電駆動を行
う駆動手段とからなり、 前記重り部の表面に対して垂直方向の加速度に対して前
記梁部がたわみ、該梁部上に形成されたピエゾ抵抗の抵
抗値変化によって加速度を検出可能であり、前記重り部
と重り部下方の溝上に形成された電極間に電圧を印加す
ることによって自己診断を行うことを特徴とする半導体
加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4896693A JPH06268237A (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4896693A JPH06268237A (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 半導体加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06268237A true JPH06268237A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=12818026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4896693A Pending JPH06268237A (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06268237A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7004030B2 (en) | 2002-09-27 | 2006-02-28 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Acceleration sensor |
| JP2009008438A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Dainippon Printing Co Ltd | 角速度センサおよびその製造方法 |
| JP2009236877A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Oki Semiconductor Co Ltd | 加速度センサ装置 |
-
1993
- 1993-03-10 JP JP4896693A patent/JPH06268237A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7004030B2 (en) | 2002-09-27 | 2006-02-28 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Acceleration sensor |
| JP2009008438A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Dainippon Printing Co Ltd | 角速度センサおよびその製造方法 |
| JP2009236877A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Oki Semiconductor Co Ltd | 加速度センサ装置 |
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